Потери, вызванные парциальностью ступени

 

При парциальном подводе газа к рабочему колесу в турбине возникают дополнительные потери, вызванные следующими причинами:

1) вентиляционным действием тех рабочих лопаток, на которые в данный момент не поступает струя рабочего газа и которые перемешивают и перемещают инертный газ, окружающий колесо;

2) трением поверхностей неработающих частей рабочей решетки;

3) неравномерностью степени реактивности по дуге подвода газа;

4) подсосом рабочей струей инертного газа из осевого зазора с одной стороны соплового сегмента и утечкой газа из проточной части с другой его стороны, что приводит к размыванию рабочей среды;

5) прерывистостью поступления газа на парциальное колесо, то есть явлениями, происходящими в межлопаточном канале, который отходит от рабочей струи газа, или в канале, подходящем к соплу, но заполненным еще инертным газом.

По опытам, проведенным в Казанском авиационном институте (КАИ), установили, что для определения суммарных потерь энергии от парциальности ступени, наиболее достоверной является формула, приведенная в книге Б. Траупеля

,       (8.3)

где i - число дуг подвода газа;

b - ширина рабочих лопаток;

с - коэффициент, который выбирается:

 для открытого колеса                     

;

для колеса, прикрытого в неактивной своей части

.

Уравнение (8.3) справедливо при малых осевых зазорах и обандаженных лопатках. При повышенных осевых зазорах и у лопаток без бандажа потери энергии от парциальности ступени значительно повысятся.

 

Потери от утечки газа через радиальные

Зазоры лопаток

 

В многоступенчатых турбинах по внутреннему диаметру сопловых лопаток всегда имеется зазор, через который перетекает газ под действием разности давлений по обе стороны сопловой решетки.

Расход газа через лабиринт соплового аппарата можно определить по формуле

,          (8.4)

где s _л - площадь проходного сечения лабиринта;

 z - число лабиринтов;

  μ_л - коэффициент расхода.

 

Потери от утечки газа

,                   (8.5)

где Gc - расход газа через сопловой аппарат.

Выражая G c и Gyт через параметры потока получим

,      (8.6)

где  - относительная величина радиального зазора;

 - относительный диаметр лабиринтного уплотнения.

Уравнение (8.6) получено при условии, что количество газа Gyт не совершает работу за счет расширения на рабочих лопатках.

В ступени с обандаженными рабочими лопатками радиальный зазор мало влияет на характер потока, протекающего через каналы рабочего колеса, и потеря от зазора обусловливается в основном утечкой газа.

Утечка G _ут зависит от степени реактивности на периферии и относительной величины зазора.

При радиальном уплотнении лабиринтового типа утечку можно определить по полуэмпирической формуле

,                     (8.7)

где k ₁ - коэффициент, вычисляемый по формуле

где  - относительная площадь зазора у бандажа;

 - перекрыша рабочей лопатки у периферии, мм;

 - величина зазора;

  z - число лабиринтов;

  ρ_п - степень реактивности ступени на периферийном диаметре.

Установка бандажа на рабочих лопатках существенно снижает утечки рабочего тела через радиальный зазор, улучшает аэродинамику обтекания периферийных участков рабочих лопаток, исключает перетекания между соседними межлопаточными каналами.

Применение бандажа важно для турбин высокого давления и малых размеров. Из соображения прочности лопаток не всегда можно применять бандаж, особенно в газовых турбинах.

Для безбандажных турбинных ступеней потери энергии от протечек через радиальные зазоры закрученных рабочих аппаратов можно определить по формуле В.К. Гребнева

,          (8.8)

где  - относительная площадь радиального зазора.

 

Потери от влажности

 

Рабочий аппарат последних ступеней паровых турбин низкого давления отличается конденсацией пара в процессе расширения. Потери энергии от влажности вызываются: затратами на разгон капель и пленки на поверхностях межлопаточных каналов, на дробление пленки, потерей от переохлаждения пара, возмущениями потока движущимися в нем каплями, искажением формы лопаточных профилей вследствие эрозии.

Потери от влажности можно определить по формуле Церковича, полученной опытным путем

,                                         (8.9)

где , средняя степень сухости пара в ступени x определяется по формуле  .

Согласно выражению (8.9) каждый 1% средней влажности пара снижает внутренний КПД примерно на 1%.

С повышением влажности перепад степени реактивности вдоль радиуса практически не изменяется, но реактивность у корня и у периферии, а следовательно, и средняя реактивность в этом случае возрастают. Увеличение реактивности можно объяснить тем, что из-за влаги уменьшается скорость с ₁ на выходе из сопла, в результате чего увеличивается β ₁ и снижается w ₁. Вместе с тем нужна добавочная энергия на движение влаги в колесе в переносном движении и радиально относительно колеса, а также для компенсации добавочных потерь кинетической энергии, вызываемых присутствием влаги. Все это увеличивает реактивность.